数字语音无线传输

数字语音无线传输（精选3篇）

数字语音无线传输 第1篇

关键词：无线传感器网络,语音传输系统,设计实现

一、无线传感器网络语音传输系统的结构

在无线传感器网络语音传输系统中, 用户通过接入网关Vo IP, 就能利用交换网对固定电话加以使用, 并且还能连接PC对IP电话加以应用。在应用固定电话的过程中, 接入网关Vo IP主要是利用RJ11的标准接口, 连接相应的交换网, 而在应用IP电话的过程中, 接入网关Vo IP主要是利用USB的标准接口, 连接PC, 并对其软电话IP完成相应的操作。最后就能利用Internet将语音数据传输出去。在成功连接IP电话之后, 无线收发装置能与接入网关Vo IP相互配合, 达到传输无线语音的目的。另外, 这种无线收发装置相互之间也能达到传输无线语音的目的。

二、无线传感器网络语音传输系统的设计

(一) 无线模块的硬件设计

在语音传输系统中, 无线模块主要由三个小模块组成, 即射频模块、微处理模块以及USB音频模块。其中, USB音频模块主要是对其接口所接受的音频信号加以编码和调制, 主要采用脉冲编码调制的方式, 即PCM (Pulse Code Modulation) , 接着利用总线I2C, 将编码调制之后的音频信号, 传输至微处理模块, 由后者对其加以处理, 并对其进行相应的解码, 然后再利用USB接口, 将解码之后的音频信号传输至PC机。

(二) Vo IP模块的原理设计

在对无线传感器网络语音传输系统进行设计的过程中, 所采用的Vo IP处理芯片具有一个USB接口, 即Tiger560c。其在一定程度上能够抑制噪音, 消除回声, 使语音传输具备较为理想的效果, 从而达到与普通电话机通话相同的质量。Tiger560c芯片通常由配置控制接口、外围接口、通用I/O接口、USB接口、外设接口、音频通道以及逻辑控制结构等构成。该芯片提供的电话模拟接口具有较好的完整性, 且集成了检测电路、音频产生电路、多频双音解码器、来电电压生成器、Tip/Ring生成器以及用户接口等, 因此只需将一些分立元件连接起来, 就能将全部的高压功能实现。

由于Tiger560c具有较高的集成度, 且其内部所包含的功能模块也相对较多, 因此只需外部少量的分立元件, 就能达到Vo IP处理功能。而Vo IP处理模块, 主要是由语音编解码模块以及Tiger560c主控模块两个部分组成。其中, 主控模块主要是将部分简单的分立元件加在Tiger560c的外围, 从而构成该模块。

(三) PSTN模块的原理设计

在设计Vo IP模块的原理过程中, 由于Tiger560c所提供的电话模拟接口相对较为完整, 因此对于PSTN模块的原理设计, 主要是设计PSTN接口的连接电路。在设计的过程中, 将Tiger560的第7引脚以及第8引脚与一个差分电路进行连接, 而第9引脚以及第12引脚, 则与Q2、Q3、Q6共同组成的差分放大器进行连接。然后通过电话配线的放大电路中的RING_J、TIP_TJ这两个信号, 利用光耦合器与接口PHONE进行连接。同时利用整流电路将RING_J信号与LINE接口之间进行连接。在整个Vo IP接入网关中, 接口一共有三个, 即两个RJ11标准接口, 还有一个USB接口。通常情况下, USB接口主要与计算机进行连接, 而其中一个RJ11标准接口与PSTN网络进行连接, 而另一个RJ11标准接口则与普通电话机进行连接。另外, 还需要对Vo IP接入网关DE PCB进行设计。对于外界而言, 整个PCB只是一个节点, 因此必须对其数模共地问题加以处理, 从而确保模块地与数字地能够实现共处。

综上所述, 通过对无线传感器网络语音传输系统的设计研究和分析, 可以看出, 尽管目前基于无限传感器网络的语音传输系统其研究和应用仍然处于起步阶段, 但是语音传输系统的研究和开发具有非常大的价值。

参考文献

[1]张京, 杨启良, 戈振扬, 等.温室环境参数无线传感器网络监测系统构建与CC2530传输特性分析[J].农业工程学报, 2013 (7) :139-147.

[2]王晓华, 李萍.基于无线传感器网络的智能物流车辆监控系统的设计[J].计算机应用与软件, 2014 (12) :132-135.

[3]李歆.应用于无线传感器网络的语音传输系统的设计与实现[J].信息化研究, 2010 (8) :28-31.

数字语音无线传输 第2篇

信息技术的发展让无线通信快速地渗透到我们的生活中来, 各种各样无线通信模块技术的日趋成熟起到了推波助澜的作用, 信息传输成为人们生活的重要组成部分。以往设计无线数传产品往往需要相当的无线电专业知识和价格高昂的专业设备, 传统的电路方案不是电路繁琐就是调试困难, 因而影响了用户的使用和新产品的开发, n RF401系列高速单片无线收发芯片为短距离无线数传应用提供了较好的解决办法, 由于采用了低发射功率和高接收灵敏度的设计, 因而可满足无线管制要求, 使用无需许可证, 是目前低功率无线数传的理想选择, 可广泛用于遥控装置、工业控制、无线通信、电信终端、车辆安全、自动测试、家庭自动化、报警和安全系统等。

一.射频收发芯片nRF401

nRf401是一个为433MHZ ISM频段设计的真正单片UHF无线收发芯片, 它采用FSK调制解调技术。

n Rf401功能描述:真正的单片FSK收发芯片、非常少的外围元件、无需进行初始化和配置、最高速率为20bps、2个工作频道、宽工作电压范围、低功耗、待机模式。主要技术特性见表1所示, 其内部结构如图1所示。

不同工作模式下的时序如表2所示。

部分管脚描述, 如表3。

表3引脚介绍

二.无线收发模块

PTR2000无线通信模块采用欧洲挪威Nordic公司研制的无线通信芯nRF401开发设计而成的。n RF4 01的工作频率为433MHz, 在ISM (Industrial, Scientific and Medical) 工业控制、科研和医疗设备可使用的频率段范围内, 采用FSK调频和解调方式, 数据传输速率可达20kBit/s。

它的单块模块都具有双向收发功能, 发射功率可以调整, 最大可达+10d Bm, 接收灵敏度最大为-10 5d Bm, 工作电压在+27~5.25V之间, 功耗极低。外围元件少, 外形尺寸小, 使用十分方便灵活。

nRF401天线接口设计为差分天线, 以便于使用低成本的PCB天线。nRF401还有待机模式, 这样可以更省电和高效。nRF401满足欧洲电信工业标准 (ETSI) EN300 200-I V1.2.1。

三.硬件设计

采用89C55单片机系统进行数字语音的加密和解密。在语音的发送系统中, 从话筒输入的模拟语音信号经过高速A/D转换器T L C 0 8 2 0采集为数字语音信号。TLC8020为高速并行8位模数转换器 (读方式最快转换时间为2.5 s) , 它具有不需外部时钟和振荡元件, 片内集成跟踪和保持电路, 单5V电源供电等特点, 使其外围电路简化特别适合模拟语音信号采集。

一般人类语音的频谱在5KHz以下, 故我们设计的数字语音采集电路中.采样频率选取为10KHz。通过在89C55内部设置定时器, 产生周期为0.1m S的定时中断, 在定时中断处理子程序中通过对TLC0820进行“假写”操作, 启动采样过程。由于该电路采集的语音数据实时加密并通过无线通信向接收方传送, 无需在单片机保存, 故而在微处理机89C55上没有扩充存储器, 利用片内的进行运算和缓冲, 使单片机语音发射系统外围电路大为简化。其主要外围电路只有由16位DIP开关组成的混沌序列初始参数选择器, 可通过设置不同的16位数据初值, 产生不同的混沌序列, 实现信号的加密。很明显只有当接收端与发射端设置的DIP数值相同时, 才能实现语音数据的解密。语音采集电路中TLC0820地址7 F F F H, 初始参数选择器高8位地址为BFFFH, 低8位地址为DFFFH。

无线发射接收电路采用挪威Nordic公司最新推出的数传单片射频收发一体芯片n R F 4 0 1 t~。该芯片最高数据传输率达20kbit/s, 最大发射功率为10dBm。接收灵敏度为-105dBm。待机状态电流消耗仅8tLA, 可以直接与单片机串口连接。n R F 4 0 1的输入、输出信号端D I N、DOUT分别与89C55的TXD和RXD端相连进行数据传输。PWR—UP与89C55的P1.1相连, 为1时nRF401正常工作;为0时芯片处于待机模式, 此时工作电流为81xA。TXEN为发射允许控制端, 决定n RF401处于发射模式 (高电平) 还是接收模式 (低电平) , 由微处理器的P1.0进行控制。CS为信道选择输入, 通过微处理机P1.2端进行控制, CS=0表示芯片工作在信道0 (433.92MHz) 否则工作在信道1 (434.33MHz) 。数字语音的接收解密电路的基本结构和发送电路相同, 不同之处在于用D/A转换器DAC0832代替了语音采集芯片TLC0820。DAC0832芯片对解密后的数字信号进行转换, 还原模拟语音信号, 并通过放大和低通滤波后推动扬声器播放。

四.软件设计

单片机89C55的串行端口有4种工作方式。其中方式0主要用于外接移位寄存器, 以扩展单片机的I/0电路;方式1主要用于双机之间或外设电路的通信;方式2、3除有方式1的功能外, 还可用作多机通信, 以构成多微机系统, 方式2、3的区别在与波特率的不同。单片机的串行通信的波特率可以程控设定, 在不同的工作方式下, 由时钟振荡频率的分频值或由定时器T1的定时溢出时间确定。单片机的串行端口有1个数据储存器SBUF, 该寄存器为发送和接收所共有, 在一定条件下, 向SBUF写入数据就启动了发送过程, 读SBUF就启动了接收过程。

实现保密的无线语音通信.其软件主要由两部分组成, 一部分主要驱动TLC0820完成数字语音信号的采集, 对数据进行混沌加密。最后将加密数据通过无线电发射。另一部分完成数据的接收, 对数据进行混沌解密, 最后驱动DAC0832芯片还原模拟语音信号。由于这些程序需要固化在89C55内部, 故称为固件 (firmware) 。本系统固件采用C55编写, 并设计成中断驱动模式。0.1m S定时中断服务程序和TLC0820中断服务程序在后台进行, 数字语音信号加密作为主程序处于前台工作。在后台每隔0.1mS单片机对TLC0820进行“假写”启动转换, 转换结束后, TLC0820触发89C55的INT0端口, 进行数据读取操作。发送端固件前台主循环程序不停扫描各标志位, 通过相应标志确定后台事件并做出相应的处理。例如, MD转换完成后, 后台程序将采集结果存入buffer中, 并设置A/D—DATA标志, 前台主程序扫描到该标志后, 调用混沌序列生成子程序进行加密并通过nRF401进行无线发射接收端固件程序设计与发送端大体相同.也采用中断驱动模式, 不同之处在于将后台的A/D中断子程序替换为D/A中断子程序以驱动DAC0832, 将解密后的数字信号还原为模拟语音信号。

五.结论

实验性能分析:

为了测试系统的保密效果, 我们在加密发送电路的输入端接入录音机, 将事先录制的对话语音作为原始语音信号。原始语音波形及功率谱如图2.1所示, 语音信号的频率集中在1000Hz以内, 主频率约450Hz。在接收端先进行不解密实验, 直接将接收到的信号通过D/A转换输出, 其信号波形及功率谱如图2.2所示。加密信号的时间波形含有丰富的高频加密噪声, 完全覆盖了原始语音信号。其功率谱杂乱无章, 呈现随机噪声的特性。运用混沌解密算法在接收端对信号进行解密。从扬声器中能够清晰地听到从发送端传递过来的语音, 但也含有轻微噪声, 主要是由于量化误差造成的。

参考文献

[1]Simon Haykin通信系统 (第四版) .电子工业出版社.2003.10

[2]帕勒万 (美) 等著.无线网络通信原理与应用.清华大学出版社.2002.11

[3]朱立伟.现代通信技术.机械工业出版社.2002.7

[4]何立民.单片机系统应用设计.北京航空航天大学出版社.1990

[5]张友德等.单片微型机原理、应用与实践.上海复旦大学出版社.1998

[6]李伟章.移动通信技术.人民邮电出版社.2006-6-6

数字语音无线传输 第3篇

ESD是英文Emergency Shutdown Device紧急停车系统的缩写。这种专用的安全保护系统是90年代发展起来的, 以它的高可靠性和灵活性而受到一致好评。

ESD紧急停车系统按照安全独立原则要求, 独立于DCS集散控制系统, 其安全级别高于DCS。在正常情况下, ESD系统是处于静态的, 不需要人为干预。作为安全保护系统, 凌驾于生产过程控制之上, 实时在线监测装置的安全性。只要当生产装置出现紧急情况时, 不需要经过DCS系统, 而直接由ESD发出保护联锁信号, 对现场设备进行安全保护, 避免危险扩散造成巨大损失。只有当ESD人为排除紧停指令好, DCS集散系统才能恢复正常工作。

2 机场航油ESD系统

2.1 原有系统组成及存在的问题

武汉机场航油ESD系统包括长输油管线ESD系统以及飞机加油ESD系统两部分, 两部分独立运行。

长输油管线ESD系统主要功能包括:在长输油管线输油作业中, 实时监控管网运行情况, 异常情况时立即锁停管线输油作业 (锁停输油泵、关闭管线两端阀门) ;接收长输油管线两端现场 (横店卸油站、天河机场油库) 的应急停泵指令后立即锁停管线输油作业 (锁停输油泵、关闭管线两端阀门) ;长输油管线不输油作业时长输油管线处于保压状态, 管线压力异常时立即声光报警。该ESD系统2005年投入使用, 由于横店油库-天河机场之间距离远 (9K M) , 采用敷设线路的方式实现两地之间通讯不再可能, 2005年采用中国移动GPRS通讯实现数据传递。

飞机加油ESD系统主要功能:紧急停车指令发出后, ESD系统立即锁停飞机加油自动控制系统运行 (锁停输油泵, 关闭油罐出口以及机坪管网总电动阀) 。该系统一期用线缆的方式与机坪管网同步敷设, 二期航站楼紧停装置由于一期紧停线路容量饱和, 不得不采用GPRS通讯实现数据交换。

采用中国移动通信有限公司的GPRS通信方式, 除了每年需要花费高昂的资费外, 移动公司动态IP地址时常变更, 加上机场及其周边各种电磁信号干扰的不断加强, ESD系统采用GPRS通讯实现现场与控制中心的数据及时准确交换已无能为力。

2.2 无线数字传输技术在机场强电磁环境下实现良好通讯

无线数字传输技术是一种经济、高效、稳定的传输模式, 它的核心装备就是无线数字传输台, 这是一种类似于对讲机通讯的点对点或者多点互对的方式, 通讯不受外接干扰, 因此可靠性高。武汉机场ESD系统就是采用这种无线数字传输方式替代原来ESD系统的GPRS通讯方式。

2.3 无线模块的传输特点和特性

微发射功率。不同的传输距离具有不同的发射功率, 从10mW到100mW不等。无线数传模块使用3～5V的直流电压, 功耗很低, 所以具有省电的特点。

ISM频段工作频率, 无需申请频点。载频频率329-438MHz。

高抗干扰能力和低误码率。基于GFSK的调制方式, 采用高效通信协议, 在信道误码率为10-2时, 可得到实际误码率10-5～10-6。紧急停车系统的传输协议一般非常简单, 而且数据包很短, 同时一般最后一个Byte就是校验位, 本身就具有纠错的能力。针对紧急停车系统的小数据包传输的特点, 无线模块的应用具有很好的可操作性。

传输距离远。距离从300米到10公里不等。电台在内部测试的情况下, 空旷距离可以达到8～20km的传输距离, 实际建筑中至少可以穿透多座12层的钢筋混凝土结构的楼房, 可以很好的满足的工作环境和要求。

图1:卸油站—油库长输油管线ESD系统无线传输改造示意图

透明的数据传输。所发即所收。紧急停车系统控制都有自己的协议, 而无线模块不对传递的数据包做任何的修改和解析, 在硬件通讯通畅的情况下, 软件不做任何修改既可正确执行。

多信道, 多速率。提供16个信道, 根据用户需要, 可扩展到32信道, 满足用户多种通信组合方式的需求。实际的紧急停车系统使用的停车点数目不等, 可根据实际情况对紧急点进行分组, 每组使用不同的信道进行通讯, 以避免数据包的冲突和保证通讯的及时性。无线模块可提供从1200bps到38400bps等多种通信波特率, 并且无线传输速率与接口波特率成正比, 以满足客户设备对多种波特率的需要。

提供RS232/485/TTL三种接口方式。用户只需插拔短路器再上电即可改变接口类型。一般我们可选择TTL电平接口方式。

智能数据控制, 用户无需编制多余的程序。最大限度保证大多数串口操作代码的复用性。对于监控系统的软件而言, 使用无线传输的方式和原先的有线传输方式是完全相同的, 只需在硬件上增加无线模块, 同时去掉所有的有线线路和设备即可, 而且操作也很简单, 大体上只是将无线模块接入上位机和下位机即可。

高可靠性, 体积小、重量轻。采用高性能单片处理器ATMega8L, 外围电路少, 可靠性高, 故障率低。无线模块的体积类似火柴盒, 这样的尺寸不会对原有系统的改造造成困难。

看门狗实时监控。在断电、电涌、外部干扰、系统调试的情况下, 无线模块不会出现问题, 只要上电之后即可工作, 安全可靠, 工作稳定

3 无线数字传输技术在武汉航油ESD系统中的应用

3.1 改造方案

改造的整体思路:在长输油管线两端现场 (卸油站和油库) 之间, 以及在机坪管网两端现场 (航空加油站和油库) 之间, 各安装一套无线数传电台, 完全代替目前的GPRS方式。其他设备工作方式和原理保持不变, 电源和防雷方式保持不变。

3.2 无线数字传输原理

我们把无线数据传输两端分别称之为中心站和分站, 横店-机场油库长输油管线ESD中心站设置在横店油库, 航空加油站-油库机坪管网ESD中心站设置在机场油库。中心站采用数据透明传输, 负责与用户PLC设备计算机相连, 并完成数据的交互。主要是数据的转发:将分站 (空中无线) 上传来的开关报警信息转发给用户PLC设备。将用户PLC设备下发的应答信息 (从空中无线) 转发给分站。另也可以响应用户PLC设备, 下发的轮循信息主动循检分站 (从空中无线) 直接访问分站。分站采用带I D功能的协议传输, 负责采样输入开关量 (用户设备的报警信号) , 常态为高电平>2.8V, 报警信号低电平有效0V.分站的I D号和信道选择直接用我公司的软件设置, 从串行口下载进去。分站平常是采用开关量主动上报方式, 为了考虑各从站有可能同时出现故障的现象, 所以必需对报警信息作应答确认。如分站有一个采集到开关报警信号, 上发一个命令帧, 那么主站收到分站上传来的信号将转发给用户PLC设备, 再由用户PLC设备对分站的报警信息作解译, 并发出应答确认帧命令。若有出现分站同时采样到开关报警信息上发时, 那么分站会上传不成功, 未收到计算机的应答命令, 那么分站将继续上传报警信息直至上传成功.分站也可以同时响应用户PLC设备的轮循命令, 平时用户PLC设备也可以按分站ID发命令去读各分站的状态信息

3.3 设备选择和安装

我们在武汉卸油站-油库之间安装一对2710A/C 5W数字电台, 在武汉航空加油站-油库之间安装一对2510A/C 5W D数字电台, 两对数字电台采用I S M频段无需申请, 载频频率433M H z, D C5V工作电源。这种点对点通讯模式, 中心站采用常规的ESD无线模块 (RS232接口) 标准无线数传, 与用户P L C设备和计算机相连接;分站采用常规的ESD无线模块 (RS232接口) 标准无线数传模块, 与用户PLC设备连接。

武汉机场航油ESD系统采用无线数字传输技术后, 中心站与分站之间通讯快捷可靠, 为航油供油系统的运行提供可靠保护, 为异常情况的及时处理提供保障。

4 无线数字传输技术的扩展设想

4.1

我们在后期ESD系统扩展中, 可以继续利用无线数字电台替代机坪布线和按钮, 其安装简单便捷维护方便;

4.2

可以将无线数字技术应用到航班加油作业调度系统中, 减少因对讲机通话不清等原因带来的调度失误;

4.3

可以将无线数字传输技术应用到航班加油单的结算系统中

摘要：机场航油ESD系统需要及时准确采集现场紧急停车信号, 方能立即停止相关保障系统 (如飞机加油系统、航油管线转输油系统) 运行, 切断系统动力源。对于那些新建机场而言, 航油ESD系统对紧停信号的采集方案大多设计为传统的布线和按钮结合的方式, 它们与管网敷设时一并敷设。但由于航油库站之间的距离一般较远, 该方案实施中投资较大且由于管线所处环境的特殊性, 在后期维护/维修难度往往难度较大。为此, 建立一个以各库站为基点实现各基点之间信息准确及时交换的通讯传输系统, 是后期航油ESD系统设计的新思路。本文结合武汉机场航油ESD系统, 对无线数字传输技术的应用进行了论述。

关键词：ESD,无线数字传输

参考文献

[1]李式巨, 《数字无线传输》2007, 清华大学出版社。